Газовые датчики с барьером Шотки

Газовые датчики на основе диодов Шотки (ДШ) с контактом из палладия появились одновременно с датчиками на основе МДП-сгруктур [23]. Как известно, ВАХ ДШ описывается выражениями:

Рис. 49. Структура и топология МДП-транзистора с расщеплённым затвором: 1 — Si0₂; 2 — силикат; 3 — сток (исток); 4 — затвор.

Рис. 50. Газовый датчик с воздушным затвором: 1 — слой Si0₂; 2 — поликремний; 3,4 — А1 контакты.

Рис. 51. МДП-транзистор с сетчатым затвором: 1 — слой Si0₂; 2 — подслой; 3 — платиновый затвор; 4 — чувствительное покрытие где I — прямой ток, 1₀ — ток насыщения, U — напряжение, q — заряд электрона, к — постоянная Больцмана, Т — температура. А* - постоянная Ричардсона, ф_в— высота барьера Шотки, т. с. ток ДШ экспоненциально зависит от высоты барьера Шотки. Этим объясняется высокая чувствительность датчиков на основе ДШ.

Водородная чувствительность газовых датчиков на основе ДШ определяется двумя механизмами:

• — диффузией атомов водорода через металлический контакт из палладия (платины, золота) с образованием на границе раздела металл-полупроводник дипольного слоя, который влияет на высоту барьера Шотки;
• — изменением заряда поверхностных состояний на границе раздела металл-полупроводник в присутствии водорода.

Так, изменением высоты барьера Шотки можно объяснить ВАХ ДШ при выдержке в водородосодержащей атмосфере (рис. 52).

К настоящему времени получены газочувствительные ДШ с палладиевыми контактами на таких полупроводниках, как CdS, ZnO, Ti02, InP, GaAs. При напылении на кремний палладий вступает в химическое взаимодействие с образованием силицида палладия, при этом пропадает водородная чувствительность структуры. Для предотвращения этого явления на поверхности Si необходимо вырастить туннельно тонкий слой Si02 (2−3 нм). Полученные таким образом МДП-диоды работают как ДШ. Вместо монокристаллического кремния можно использовать гидрогенизированный аморфный (a-Si:H). На стеклянную поверхность напыляют слой хрома (ЗООнм), который служит обратным контактом. Далее пиролитическим разложением силана наносят аSi: H n-типа (ЗОнм) и нелегированный a-Si:H (0,6мкм), затем напыляют палладий (8−10 нм). По ВАХ этот прибор близок к лучшим, созданным на монокристаллическом кремнии, он может детектировать водород на уровне 10 ppm в N2. Время отклика датчика составляет 15 мин при 295 К, что связано с медленной адсорбцией водорода на поверхности палладия.

Если МДП-туннельный диод дополнить ещё одним р-п-переходом, как показано на рис. 53, то получится прибор, обладающий тиристорным эффектом, т. е. переключающийся из закрытого состояния в открытое при определённом пороговом напряжении, величина которого зависит от концентрации водорода в среде.